Scheda Tecnica LED UVC3535CZ0115 - Package Ceramico 3.5x3.5x1.0mm - Tensione Diretta 5.0-8.0V - Potenza 0.13W - Lunghezza d'Onda 270-285nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie UVC3535CZ0115 rappresenta una soluzione LED ad alta affidabilità basata su ceramica, progettata specificamente per applicazioni nell'ultravioletto C (UVC). Questo prodotto è concepito per garantire prestazioni costanti in ambienti impegnativi dove l'efficacia della sterilizzazione è fondamentale. La sua costruzione sfrutta un substrato ceramico, che offre una gestione termica superiore rispetto ai tradizionali package in plastica, portando a una maggiore longevità e a un'uscita ottica stabile. La serie è ideale per applicazioni che richiedono una sorgente UVC compatta ma potente, combinando un ingombro ridotto di 3.5mm x 3.5mm con robuste caratteristiche elettriche e ottiche.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Le caratteristiche distintive di questa serie LED contribuiscono direttamente alla sua idoneità per sistemi UV di livello professionale. L'uscita UVC ad alta potenza è l'attributo principale, che consente un'azione germicida efficace. Il materiale del package ceramico è un vantaggio cruciale, offrendo un'ottima dissipazione del calore che aiuta a mantenere la temperatura di giunzione entro limiti sicuri, prevenendo così un deprezzamento prematuro del flusso luminoso. La protezione ESD integrata fino a 2KV (HBM) protegge il dispositivo dagli scarichi elettrostatici comuni durante la manipolazione e l'assemblaggio. Un ampio angolo di visione di 150° garantisce una copertura di irradiazione ampia e uniforme. Inoltre, la conformità agli standard RoHS, REACH e senza alogeni rende questo prodotto adatto ai mercati globali con normative ambientali stringenti.

1.2 Applicazioni Target

L'applicazione principale per la serie UVC3535CZ0115 è la sterilizzazione e disinfezione UV. Ciò include, ma non si limita a, sistemi di purificazione dell'acqua, dispositivi per la sanificazione dell'aria, apparecchiature per la disinfezione di superfici per uso medico e consumer, e camere di sterilizzazione per piccoli strumenti o oggetti personali. L'intervallo di lunghezza d'onda 270-285nm è particolarmente efficace nell'inattivare i microrganismi danneggiandone il DNA e l'RNA.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Oggettiva

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri tecnici chiave specificati nella scheda tecnica, spiegandone il significato per i progettisti.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi non sono condizioni per il funzionamento normale.

• Corrente Diretta Massima (I_F):100 mA. Questa è la corrente massima assoluta che il LED può sopportare momentaneamente. Il funzionamento continuo dovrebbe essere significativamente al di sotto di questo valore, tipicamente al valore consigliato di 20mA.
• Resistenza ESD Massima (V_B):2000 V (Modello Corpo Umano). Questo indica un buon livello di protezione integrata contro le scariche elettrostatiche, cruciale per la manipolazione dei componenti durante la produzione.
• Temperatura di Giunzione Massima (T_J):100 °C. La temperatura del chip semiconduttore stesso non deve superare questo limite. Superare T_Jmax ridurrà drasticamente la durata di vita e può causare un guasto immediato.
• Resistenza Termica (R_th):20 °C/W. Questo parametro quantifica quanto efficacemente il calore viaggia dal chip (giunzione) al pad di saldatura o al case. Un valore più basso è migliore. Con 20°C/W, per ogni watt di potenza dissipata, la temperatura di giunzione aumenterà di 20°C rispetto alla temperatura del pad.
• Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-40°C a +85°C (Funzionamento), -40°C a +100°C (Stoccaggio). Questi intervalli garantiscono che il dispositivo possa funzionare ed essere stoccato in un'ampia varietà di condizioni ambientali.

2.2 Caratteristiche Fotometriche ed Elettriche

La tabella dei codici d'ordine fornisce le metriche di prestazione chiave in condizioni di test tipiche.

• Flusso Radiante:Minimo 1mW, Tipico 2mW, Massimo 2.5mW. Questa è la potenza ottica totale emessa nello spettro UVC, misurata in milliwatt. È il parametro critico per valutare l'efficacia della sterilizzazione, non la luminosità visiva.
• Lunghezza d'Onda di Picco:270-285 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale il LED emette la maggior potenza ottica. L'efficacia germicida raggiunge il picco intorno ai 265nm, quindi questo intervallo è altamente efficace.
• Tensione Diretta (V_F):5.0-8.0V a I_F=20mA. Questo è relativamente alto per un LED, caratteristica della tecnologia semiconduttore UVC. I progettisti devono assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire questo intervallo di tensione.
• Corrente Diretta (I_F):20mA. Questa è la corrente di pilotaggio consigliata per ottenere il flusso radiante specificato e la durata di vita.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza nella produzione di massa, i LED vengono suddivisi in bin di prestazione. L'UVC3535CZ0115 utilizza tre criteri di binning indipendenti.

3.1 Binning del Flusso Radiante

I LED vengono suddivisi in base al loro flusso radiante minimo di uscita nei bin Q0A (1-1.5mW), Q0B (1.5-2mW) e Q0C (2-2.5mW). Ciò consente ai progettisti di selezionare un bin che soddisfi la loro potenza ottica minima richiesta, ottimizzando potenzialmente i costi.

3.2 Binning della Lunghezza d'Onda di Picco

La lunghezza d'onda viene suddivisa in tre intervalli: U27A (270-275nm), U27B (275-280nm) e U28 (280-285nm). Per applicazioni sensibili a una specifica lunghezza d'onda per massimizzare l'efficienza germicida, specificare il bin appropriato è importante.

3.3 Binning della Tensione Diretta

La tensione viene suddivisa in passi di 0.5V da 5.0V a 8.0V (es., 5055 per 5.0-5.5V, 7580 per 7.5-8.0V). Questo è cruciale per progettare pilotatori a corrente costante, poiché conoscere l'intervallo V_Faiuta a specificare la tensione di compliance necessaria del driver, influenzando l'efficienza e la selezione dei componenti.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Le curve caratteristiche tipiche forniscono informazioni su come si comporta il LED in condizioni variabili.

4.1 Spettro e Potenza Ottica

La curva spettrale mostra un picco nell'intervallo 270-285nm con una tipica larghezza a metà altezza (FWHM) di circa 10-15nm, standard per i LED UVC. La curva del flusso radiante relativo rispetto alla corrente diretta è sub-lineare; l'uscita aumenta con la corrente ma potrebbe non essere perfettamente proporzionale, e pilotare al di sopra della corrente consigliata porta a rendimenti decrescenti e calore eccessivo.

4.2 Comportamento Elettrico e Termico

La curva corrente diretta vs. tensione diretta (I-V) mostra la relazione esponenziale tipica dei diodi. La tensione diretta aumenta con la corrente. La lunghezza d'onda di picco mostra uno spostamento minimo con l'aumento della corrente, indicando una buona stabilità spettrale. La curva di derating è critica: mostra che la corrente diretta massima ammissibile deve essere ridotta all'aumentare della temperatura ambiente per prevenire che la temperatura di giunzione superi i 100°C. Ad esempio, a 85°C ambiente, la corrente massima è significativamente inferiore rispetto a 25°C.

4.3 Prestazioni Termiche

La curva del flusso radiante relativo rispetto alla temperatura ambiente dimostra l'impatto negativo del calore sull'uscita. All'aumentare della temperatura, il flusso radiante diminuisce. Questo effetto di quenching termico sottolinea l'importanza di un efficace design termico del PCB e di un dissipatore per mantenere prestazioni ottimali.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni Meccaniche

Il LED ha un ingombro compatto di 3.5mm x 3.5mm con un'altezza di 1.0mm (tolleranza ±0.2mm). Il disegno tecnico specifica l'esatto layout e le dimensioni dei pad. Il Pad 1 è l'anodo (+), il Pad 2 è il catodo (-) e il Pad 3 è un pad termico dedicato. Il pad termico è essenziale per trasferire il calore dal corpo ceramico al PCB. Il land pattern consigliato sul PCB dovrebbe corrispondere strettamente a questa configurazione dei pad per garantire una corretta saldatura e conduzione termica.

5.2 Diagramma di Radiazione

Il diagramma polare mostra un tipico pattern di emissione di tipo lambertiano con un angolo di visione di 150° (2θ_1/2). L'intensità è massima a 0° (perpendicolare alla superficie emittente) e diminuisce verso i bordi. Questo ampio angolo è vantaggioso per applicazioni che richiedono copertura d'area piuttosto che un fascio focalizzato.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

6.1 Processo di Saldatura a Rifusione

L'UVC3535CZ0115 è progettato per processi standard di Surface Mount Technology (SMT). La scheda tecnica raccomanda che la saldatura a rifusione non venga eseguita più di due volte per evitare stress termici eccessivi sul package ceramico e sui legami interni. Sono applicabili profili standard di rifusione senza piombo con una temperatura di picco tipicamente inferiore a 260°C, ma il profilo specifico dovrebbe essere verificato. Lo stress sul LED durante il riscaldamento (es., dalla flessione della scheda) deve essere evitato. Dopo la saldatura, la flessione del PCB dovrebbe essere minimizzata per prevenire stress meccanici sui giunti di saldatura.

6.2 Stoccaggio e Manipolazione

I componenti sono confezionati in sacchetti barriera resistenti all'umidità con essiccante per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare \"popcorning\" durante la rifusione. Una volta aperto il sacchetto sigillato, i componenti dovrebbero essere utilizzati entro un periodo di tempo specificato (tipicamente 168 ore in condizioni di fabbrica) o essere sottoposti a baking secondo le linee guida standard IPC/JEDEC prima della rifusione.

7. Confezionamento e Informazioni d'Ordine

7.1 Confezionamento in Nastro e Bobina

I LED sono forniti su nastro portante goffrato avvolto su bobine da 7 pollici o 13 pollici. La quantità di imballaggio standard è di 1000 pezzi per bobina. Le dimensioni del nastro (dimensione tasca, passo) sono specificate per essere compatibili con le attrezzature standard SMT pick-and-place.

7.2 Nomenclatura del Prodotto (Codice d'Ordine)

Il codice d'ordine completo, es. UVC3535CZ0115-HUC7085001X80020-1T, è una stringa strutturata che codifica tutte le specifiche chiave:

UVC: Tipo di prodotto.

3535: Dimensione del package.

C: Materiale ceramico.

Z: Contiene diodo Zener per protezione ESD.

01: 1 chip LED.

15: Angolo di visione 150°.

H: Struttura chip orizzontale.

UC: Colore UVC.

7085: Codice bin lunghezza d'onda (270-285nm).

001: Codice bin flusso radiante (1mW min).

X80: Codice bin tensione diretta (5.0-8.0V).

020: Corrente diretta (20mA).

1: Codice quantità imballaggio (1K pz).

T: Confezionamento a nastro.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

8.1 Progetto del Circuito di Pilotaggio

Un driver a corrente costante è obbligatorio per pilotare questo LED. Data l'alta tensione diretta (5-8V) e la bassa corrente (20mA), il driver deve essere selezionato con cura. Possono essere utilizzati regolatori lineari a corrente costante o driver LED switching, assicurando che la tensione di compliance in uscita superi la V_Fmassima del bin selezionato. La gestione termica sul PCB non è negoziabile. Utilizzare un PCB con spessore e area di rame sufficienti, collegare il pad termico a un ampio piano di massa utilizzando più via termici e considerare il flusso d'aria o il dissipatore complessivo del sistema.

8.2 Considerazioni su Sicurezza e Durata di Vita

Le radiazioni UVC sono dannose per occhi e pelle. Il design del prodotto finale deve incorporare caratteristiche di sicurezza come interruttori di sicurezza, schermature ed etichette di avvertimento per prevenire l'esposizione dell'utente. La durata di vita dei LED UVC è tipicamente definita come il tempo fino a quando il flusso radiante si degrada a una certa percentuale (es., 70% o 50%) del suo valore iniziale. Pilotare alla corrente consigliata o al di sotto e mantenere una bassa temperatura di giunzione attraverso un buon design termico sono i fattori primari per massimizzare la durata operativa.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

L'UVC3535CZ0115 si differenzia attraverso il suo package ceramico, che offre prestazioni termiche e affidabilità superiori rispetto ai package SMD in plastica comunemente usati per i LED visibili. Il diodo Zener integrato per la protezione ESD aggiunge robustezza. L'angolo di visione di 150° è più ampio di alcuni LED UVC concorrenti, che possono avere fasci più focalizzati. Il dettagliato binning tridimensionale (flusso, lunghezza d'onda, tensione) fornisce ai progettisti un controllo preciso sui parametri di prestazione del loro prodotto finale.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la durata di vita tipica di questo LED?

R: La durata di vita dipende fortemente dalla corrente di pilotaggio e dalla temperatura operativa. Quando operato alla corrente consigliata di 20mA e con la temperatura di giunzione mantenuta bassa (es., sotto 85°C), ci si possono aspettare durate di vita di 10.000 ore o più fino a L70 (70% del flusso iniziale). Fare riferimento alla curva di derating e alle linee guida di gestione termica.

D: Posso pilotare questo LED con una sorgente a tensione costante?

R: No. I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Una sorgente a tensione costante non regolerà la corrente, portando a fuga termica e guasto rapido. Utilizzare sempre un driver a corrente costante appropriato.

D: Come seleziono il bin giusto per la mia applicazione?

R: Scegliere il bin del Flusso Radiante (Q0A/B/C) in base alla potenza ottica minima richiesta. Selezionare il bin della Lunghezza d'Onda (U27A/B, U28) se la tua applicazione è ottimizzata per un sotto-intervallo specifico. Il bin della Tensione (5055...7580) è importante per il progetto del driver; puoi progettare per il caso peggiore (tensione più alta) nel bin selezionato.

D: È necessaria una lente?

R: Per la maggior parte delle applicazioni di sterilizzazione dove è necessaria copertura d'area, il pattern integrato di 150° è sufficiente. Per applicazioni con fascio focalizzato, può essere utilizzata una lente esterna in quarzo o specializzata trasparente agli UVC. Le lenti standard in acrilico o policarbonato bloccano la luce UVC.

11. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Caso: Progettare un Sterilizzatore d'Acqua Portatile

Un progettista sta creando una borraccia UV alimentata a batteria. Seleziona l'UVC3535CZ0115 per le sue dimensioni compatte e potenza. Sceglie il bin di flusso Q0C (2-2.5mW) per garantire una dose sufficiente per un piccolo volume d'acqua. Progetta un PCB con un'ampia zona di rame collegata al pad termico. Viene selezionato un driver a corrente costante boost converter per fornire 20mA da una batteria Li-ion 3.7V, con una capacità di tensione in uscita superiore a 8V. Il LED è posizionato all'interno di una guaina in quarzo nel percorso del flusso d'acqua. Interblocchi di sicurezza garantiscono che il LED funzioni solo quando la borraccia è sigillata.

12. Introduzione al Principio

I LED UVC operano sul principio dell'elettroluminescenza nei materiali semiconduttori, in particolare leghe di nitruro di gallio e alluminio (AlGaN). Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del semiconduttore, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda di questi fotoni è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. Per l'emissione UVC intorno a 270nm, è richiesto un alto contenuto di alluminio nello strato di AlGaN. Il package ceramico funge da involucro robusto, termicamente conduttivo ed ermetico che protegge il sensibile chip semiconduttore dai fattori ambientali e rimuove efficientemente il calore.

13. Tendenze di Sviluppo

Il mercato dei LED UVC è guidato dalla domanda globale di disinfezione senza prodotti chimici. Le tendenze chiave includono l'aumento dell'efficienza wall-plug (potenza ottica in uscita per potenza elettrica in ingresso), che riduce il consumo energetico e la generazione di calore. È in corso lo sviluppo per abbassare il costo per milliwatt di potenza ottica. La ricerca si concentra anche sul miglioramento della durata e dell'affidabilità del dispositivo. Inoltre, lo sviluppo di LED a lunghezze d'onda ancora più corte (es., 222nm Far-UVC) è un'area di ricerca attiva, promettendo una disinfezione potenzialmente più sicura per spazi occupati. L'integrazione a livello di sistema, come moduli driver-on-board, sta diventando anche più comune per semplificare il design del prodotto finale.